工程機(jī)械綠色涂裝工藝研究
隨著社會的發(fā)展和人們審美意識的提高,用戶對工程機(jī)械產(chǎn)品的外觀質(zhì)量要求也越來越高。涂裝作為工程機(jī)械生產(chǎn)制造中的一道重要工序,對產(chǎn)品的外觀質(zhì)量、防腐蝕性能有著重要的影響,但也成為了VOCs 的重要來源。為此,國家及地方政府致力于“青山、綠水、藍(lán)天”、大氣污染防治攻堅工作,加大對涂裝VOCs 的控制,引導(dǎo)企業(yè)采用低VOCs 涂料,采用高效噴涂技術(shù),并要求采取廢氣處理設(shè)施對涂裝廢氣進(jìn)行處理,達(dá)標(biāo)后才能排放。而工程機(jī)械在用的部分溶劑型涂料雖然施工性能較好,但有機(jī)溶劑排放量嚴(yán)重超標(biāo),涂裝廢氣存在無組織排放現(xiàn)象較多,因此推進(jìn)綠色涂裝工藝在工程機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用具有現(xiàn)實意義。
一、總體概述
工程機(jī)械涂裝體系最高效、最環(huán)保的涂裝工藝是借鑒汽車涂裝理念,改變涂裝工藝路線,由整機(jī)涂裝為主改為零部件涂裝為主體。即零部件涂裝后,經(jīng)精心組裝、調(diào)試后的整機(jī)出廠前僅做修補(bǔ)涂裝(或在嚴(yán)重的場合,噴涂一道面漆),實施整機(jī)免噴涂工藝。而零部件涂裝通過引入新涂料、新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備,實現(xiàn)工程機(jī)械涂裝最大化節(jié)能降耗。
二、前處理工藝
鋼結(jié)構(gòu)件在拋丸處理前需要清洗除油,工程機(jī)械行業(yè)清洗使用溶劑型清洗劑,清洗工位大多無室體,存在無組織排放問題??梢酝ㄟ^在零部件涂裝應(yīng)用高壓蒸汽清洗等替代現(xiàn)有溶劑清洗工藝。在拋丸處理后,可不再進(jìn)行磷化或硅烷處理,在拋丸面直接噴涂優(yōu)質(zhì)的防銹底漆即可。薄板件、小件噴粉前處理采用脫脂硅烷處理技術(shù)替代脫脂磷化工藝。
2.1高壓蒸汽清洗
高壓蒸汽清洗是利用飽和蒸汽的高溫和高壓對零部件表面的油污進(jìn)行溶解剝離、汽化蒸發(fā),從而達(dá)到清洗工件表面目的。采用自來水作為介質(zhì),通過柴油加熱或者天然氣加熱1-2 min即可噴出高壓蒸汽(10-30 bar、160-185 ℃),清洗零部件表面油污和灰塵,無污染。高壓蒸汽清洗后可使用壓縮空氣吹干或烘干。工件高壓蒸汽清洗前后效果見圖1、圖2。
圖1工件高壓蒸汽清洗前
圖2工件高壓蒸汽清洗后
2.2脫脂硅烷處理
脫脂硅烷處理是一種環(huán)保型前處理工藝,硅烷處理液不含鉻及金屬磷酸鹽,在前處理過程中,不會產(chǎn)生酸性金屬廢棄物。硅烷處理應(yīng)用廣泛,工藝流程簡單、無需表調(diào)處理,在涂裝行業(yè)環(huán)保壓力日益增加的現(xiàn)狀下,硅烷前處理工藝將逐步替代傳統(tǒng)鐵系和鋅系磷化工藝。一般磷化工藝流程為:預(yù)脫脂→脫脂→水洗1→水洗2→表調(diào)→磷化→水洗3→水洗4→純水洗→烘干→噴粉。硅烷處理工藝流程為:預(yù)脫脂→脫脂→水洗1→水洗2→純水洗→硅烷處理→水洗3→水洗4→純水洗→烘干→噴粉。如果涂裝車間原有磷化處理線可以直接轉(zhuǎn)換成硅烷處理線。將相應(yīng)的表調(diào)工序調(diào)整為純水洗工序,磷化工序調(diào)整為硅烷工序。
三、涂料
目前工程機(jī)械廠家大多采用溶劑型涂料,VOC含量高,不能滿足低VOC涂料”環(huán)保要求,可以通過高固低粘涂料、水性涂料分階段逐步替代現(xiàn)有溶劑型涂料,小型結(jié)構(gòu)件推廣應(yīng)用無溶劑型粉末涂料。
3.1高固低黏涂料
高固低黏涂料是通過增加較窄分子量的樹脂以達(dá)到降低涂料粘度、提高涂料固含量的目的。高固低粘涂料涂裝時固體份含量高,有機(jī)溶劑的消耗量就會降低,通過降低溶劑消耗量達(dá)到降低VOC的目的。施工固含由50%提高至70%,溶劑消耗量就會降低50%以上。在現(xiàn)有涂裝線上應(yīng)用高固低粘涂料除烘干溫度建議提升外涂裝設(shè)備、工藝基本不需要改變。
3.2水性涂料
水性涂料的分散介質(zhì)是水,涂料施工后,從涂膜中揮發(fā)的是水分和少量助劑,具有環(huán)保、安全等性能。但水性涂料對前處理質(zhì)量要求更高,施工過程中存在油污未清洗完全的部位涂裝后多產(chǎn)生泛油缺陷、噴涂過程易產(chǎn)生流掛、噴涂后不經(jīng)閃干會產(chǎn)生痱子、降低溫度烘干節(jié)拍延長等問題。水性涂料施工窗口較溶劑型涂料窄,水性涂料施工一般要求在5℃以上施工,相對濕度要求也較嚴(yán)格。某品牌水性涂料在溫濕度(15-35℃/ 30-70%RH)環(huán)境條件下,可按照工程機(jī)械行業(yè)現(xiàn)有溶劑型涂料涂裝工藝流程施工,涂層配套良好,漆膜外觀質(zhì)量滿足工程機(jī)械行業(yè)涂裝外觀質(zhì)量要求。
四、噴涂工藝
工程機(jī)械行業(yè)涂裝均為人工噴涂,涂料利用率低,存在成本浪費,且產(chǎn)生漆渣多,同時因崗位勞動強(qiáng)度大,環(huán)境惡劣,人員存在較大缺口。推薦使用環(huán)保噴涂工藝,實現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)??梢愿鶕?jù)工件適應(yīng)性優(yōu)先選擇靜電噴涂、高壓混氣噴涂、機(jī)器人自動噴涂等涂裝效率高的噴涂方式。靜電噴涂與高壓混氣噴涂均能提高涂料利用率,但是設(shè)備成本也較高,建議提升現(xiàn)場管理水平后應(yīng)用效果更佳。
五、烘干工藝
工程機(jī)械涂裝一般都是兩涂層/三涂層涂裝體系,工件在需經(jīng)過多次烘干和冷卻;烘干工序是高能耗工序之一,降低烘干溫度或減少烘干次數(shù)能夠降低烘干工序能耗,實現(xiàn)節(jié)能減排??梢赃x用低溫固化的涂料來降低烘干溫度,已獲得工業(yè)應(yīng)用的中涂、面漆“濕碰濕”綠色工藝技術(shù),該技術(shù)簡化涂膜固化工藝,減少烘干次數(shù),合兩次烘干為1次烘干。
加熱方式優(yōu)先選擇燃?xì)庥|媒紅外加熱工藝??扇?xì)怏w通過觸媒板即可產(chǎn)生中波紅外輻射,產(chǎn)生的中波只加熱涂料中的羧基與羥基分子,即只對涂層加熱,對于沒有涂層的金屬以及空氣則沒有明顯的加熱效果。該工藝能夠?qū)崿F(xiàn)僅對工件漆膜快速固化,減省烘干節(jié)拍,達(dá)到節(jié)能效果。
六、廢棄處理工藝
涂裝廢氣指噴漆揮發(fā)的漆霧和溶劑揮發(fā)的蒸氣。主要來源于噴漆室的排氣、流平時溶劑揮發(fā)的蒸氣、烘干室的排氣。這些廢氣都需要有效處理。當(dāng)前適用工程機(jī)械行業(yè)廢氣處理的工藝技術(shù)有沸石轉(zhuǎn)輪濃縮廢氣處理技術(shù)、活性炭吸附脫附技術(shù)、蓄熱式催化燃燒處理技術(shù)、直接燃燒技術(shù),這些處理方式各有利弊,可以根據(jù)不同工況、不同需求組合應(yīng)用。
6.1沸石轉(zhuǎn)輪濃縮廢氣處理技術(shù)
沸石轉(zhuǎn)輪裝置,是利用沸石的吸附性,讓沸石吸附廢氣,然后通過轉(zhuǎn)輪裝置,將低濃度的廢氣轉(zhuǎn)化為濃度高的廢氣,方便廢氣的集中處理。沸石轉(zhuǎn)輪處理裝置有預(yù)處理設(shè)備、沸石轉(zhuǎn)輪、廢氣凈化設(shè)備及控制系統(tǒng)等。凈化裝置能夠?qū)⒏邼舛鹊膹U氣進(jìn)行凈化,然后轉(zhuǎn)變?yōu)檫_(dá)標(biāo)的氣體排放。該工藝優(yōu)點就是沸石轉(zhuǎn)輪裝置的設(shè)置簡單,日常維護(hù)比較方便。缺點就是購買沸石轉(zhuǎn)輪裝置的費用比較高。
6.2活性炭吸附脫附廢氣處理技術(shù)
活性炭吸附裝置是采用活性炭作為過濾物把有害物質(zhì)吸附在活性炭表面上,使廢氣凈化。活性炭吸脫附廢氣處理技術(shù)使用的設(shè)備有預(yù)處理設(shè)備、活性炭吸附箱、廢氣凈化設(shè)備及控制系統(tǒng)等。其工藝過程是:將有機(jī)溶劑揮發(fā)氣體經(jīng)過濾后送入活性炭吸附箱,被活性炭層吸附至飽和.再以一定溫度的廢氣處理飽和的活性炭,使之解析出被吸附的溶劑氣體.然后對解析出的廢氣進(jìn)行凈化處理,達(dá)標(biāo)排放。該方法的優(yōu)點是凈化低濃度廢氣的運行成本較低。缺點是活性炭處理效率會逐漸降低,需要一定周期更換活性炭,更換的活性炭屬于危廢,需要處理。
6.3蓄熱式催化燃燒處理技術(shù)
這種方法是將含有機(jī)溶劑的氣體加熱至200-400℃,通過催化劑.進(jìn)行氧化反應(yīng).這樣可以在較低溫度下燃燒.熱能消耗少。其優(yōu)點是:裝置較小、燃料費用低。缺點是:催化劑需定期更換,直接使用時需要配預(yù)處理裝置,處理效率較直燃法低。
6.4直接燃燒法
直接燃燒法是將含有機(jī)溶劑的氣體加熱至600-800℃使其直接燃燒,進(jìn)行氧化反應(yīng),分解為CO2和水。其優(yōu)點是:操作簡單、養(yǎng)護(hù)容易;不需預(yù)處理,有機(jī)物可完全燃燒,有利于凈化高濃度氣體。缺點是:當(dāng)大風(fēng)量低濃度廢氣直接燃燒時,處理費用較大。
七、輸送技術(shù)
工程機(jī)械涂裝生產(chǎn)線中采用的輸送方式有很多,比較常用的有積放鏈輸送、自行小車輸送、重載滑橇輸送等等,以適用于不同的工件類型。
工程機(jī)械行業(yè)小型零部件可采用積放鏈輸送線??蓪崿F(xiàn)自動轉(zhuǎn)載、變節(jié)距運輸、快速行走和積放儲存等,減少了涂裝線的占地面積,使生產(chǎn)運輸更為靈活。
大型零部件涂裝線一般采用葫蘆輸送線,根據(jù)設(shè)計重量選擇單軌或雙軌葫蘆輸送線,根據(jù)工件長度或空間位置選擇環(huán)形輸送線或平移轉(zhuǎn)軌輸送線(可縮短線體長度)。同時通過PLC總線通信智能控制技術(shù),實現(xiàn)生產(chǎn)線工件全線高效聯(lián)動,可提高輸送效率10%以上。輸送效率提升可使涂裝線設(shè)備整體實現(xiàn)節(jié)能降耗。
八、結(jié)語
零部件涂裝工藝設(shè)計在使用的涂料確定后,需要從先進(jìn)、可靠性、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保、節(jié)能減排等方面進(jìn)行工藝評審,設(shè)計選用相適應(yīng)的涂裝設(shè)備如蒸汽清洗設(shè)備、脫脂硅烷噴淋設(shè)備、自動噴涂機(jī)器人及其噴漆室、燃?xì)饧t外烘干設(shè)備及高效率的輸送方式。
整機(jī)實施免噴涂工藝,僅對轉(zhuǎn)運、裝配、調(diào)試過程中磕碰的漆膜進(jìn)行修補(bǔ)涂裝。一般選用低VOC型涂料(如水性涂料、高固體份涂料)使用低壓空氣噴涂方式進(jìn)行局部找補(bǔ)。根據(jù)環(huán)保要求及整機(jī)涂裝節(jié)拍,整機(jī)找補(bǔ)后應(yīng)設(shè)計烘干工藝。產(chǎn)量較大的整機(jī)涂裝廢氣處理建議采用活性炭吸脫附+催化燃燒處理。
隨著國家越來越重視環(huán)保及節(jié)能減排,VOCs排放標(biāo)準(zhǔn)也會越來越嚴(yán)格.工程機(jī)械企業(yè)必然通過相應(yīng)的技術(shù)改造、選用先進(jìn)的涂裝材料與工藝來降低VOCs排放,新型綠色涂裝工藝的應(yīng)用場景會越來越廣泛。
九、夢能服務(wù)與支持
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